Modelle der Blutbildung
Ziel der Forschungsgruppe "Modelle der Blutbildung" ist es, mit Hilfe von biomathematischen Modellen ein umfassendes quantitatives Verständnis über die Dynamik von Proliferation und Differenzierung hämatopoetischer Zellpopulationen zu gewinnen. Anhand von klinischen und experimentellen Daten sollen insbesondere medizinisch relevante Störungen der Blutbildung untersucht und vorhergesagt werden.
Die zellulären Bestandteile des peripheren Blutes erfüllen lebenswichtige Aufgaben wie Sauerstofftransport (Erythrozyten), Blutgerinnung (Thrombozyten) und Infektionsabwehr (Leukozyten). Aufgrund ihrer begrenzten Lebensdauer müssen diese Zellen jedoch zeitlebens in hoher Zahl regeneriert werden. Der Prozeß der Blutbildung (Hämatopoese) vollzieht sich beim Menschen normalerweise im Knochenmark und hat seinen Ursprung in wenigen hämatopoetischen Stammzellen, aus denen über verschiedene Reifungsstufen durch Proliferation und Differenzierung schließlich die Zellen des peripheren Blutes entstehen. Es wird angenommen, daß dieser Prozeß durch ein Netzwerk von hämatopoetischen Wachtumsfaktoren gesteuert und reguliert wird.
Trotz umfangreicher experimenteller und klinischer Forschung ist das quantitativ-dynamische Zusammenspiel der einzelnen Steuerungs- und Regulationsmechanismen, welche insgesamt die Kinetik hämatopoetischer Zellpopulationen bestimmen, in vivo bislang nur unzureichend verstanden. Insbesondere fehlen umfassende quantitative Modelle, die das zeitliche Verhalten der Hämatopoese unter akuten und chronischen Störungen beschreiben und vorhersagen können. Von besonderer medizinischer Bedeutung sind solche Störungen, welche zu einer Minderzahl von Blutzellen führen, z.B. nach Blutung, Bestrahlung oder zytotoxischer Chemotherapie.
Unsere Forschungsgruppe versucht, mit Hilfe mathematischer Differentialgleichungsmodelle die wesentlichen zellkinetischen Systemeigenschaften der Hämatopoese in Mensch und Tier umfassend und konsistent zu beschreiben (Ziel der modellbasierten Theoriebildung). Dies geschieht auf der Basis eigener oder in der Literatur verfügbarer klinischer und tierexperimenteller Daten. Durch Modellvorhersagen ist es möglich, gezielt Experimente zur Modellvalidierung zu planen und durchzuführen. Daneben können die Modelle dazu genutzt werden, die Hämatotoxizität von zytostatischen Chemotherapieprotokollen zu simulieren und somit geeignete neue Therapieschemata schon im Vorfeld klinischer Studien zu identifizieren (Ziel der modellbasierten Therapieoptimierung und Studienplanung).
Projekte
- Aufbau von Simulationsmodellen der hämatopoetischen Dynamik nach konventioneller und hochdosierter Chemotherapie und Zytokingabe beim Menschen
- Modellanalyse hämopoetischer Regulations- und Kompetitionsprozesse in der Maus
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